JPH10233413A - 半導体装置およびその製造方法並びに配線基板 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法並びに配線基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体ペレットと配線基板とを樹脂で接着しそ
れぞれに形成したバンプ電極とパッド電極とを重合させ
て圧接させた半導体装置では、樹脂にクラックを生じる
と重合での圧接力が低下して電気的接続が損なわれるこ
とがあった。 【解決手段】多数のバンプ電極12を形成した半導体ペ
レット9と前記バンプ電極12に対応してパッド電極1
5を形成した配線基板13とを対向させ、バンプ電極1
2とパッド電極15とを重合させて加圧し、半導体ペレ
ット9と配線基板13の対向面間を樹脂16にて接着し
たプリップチップ構造の半導体装置において、上記バン
プ電極12とパッド電極15の重合部分に、バンプ電極
12より径小でかつ互いに係合する凸部12b及び凹部
15aをそれぞれ形成したことを特徴とする。
れぞれに形成したバンプ電極とパッド電極とを重合させ
て圧接させた半導体装置では、樹脂にクラックを生じる
と重合での圧接力が低下して電気的接続が損なわれるこ
とがあった。 【解決手段】多数のバンプ電極12を形成した半導体ペ
レット9と前記バンプ電極12に対応してパッド電極1
5を形成した配線基板13とを対向させ、バンプ電極1
2とパッド電極15とを重合させて加圧し、半導体ペレ
ット9と配線基板13の対向面間を樹脂16にて接着し
たプリップチップ構造の半導体装置において、上記バン
プ電極12とパッド電極15の重合部分に、バンプ電極
12より径小でかつ互いに係合する凸部12b及び凹部
15aをそれぞれ形成したことを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はフリップチップ構造
の半導体装置およびその製造方法並びに配線基板に関す
る。
の半導体装置およびその製造方法並びに配線基板に関す
る。
【0002】
【従来の技術】小型の電子機器を実現するために、電子
部品は高機能化、高集積化を図りつつ小型化されてい
る。電子部品の一種である半導体装置は一般的には樹脂
で外装したものが用いられるが、外装なしのベアチップ
を用い、これを直接配線基板に組み込むことにより一層
の小型化を図っている。この一例を図4から説明する。
図において、1は半導体ペレットで、内部に多数の半導
体素子(図示せず)が形成されて内部接続され電子回路
を構成した半導体基板2の一主面に絶縁膜(図示せず)
を形成し、この絶縁膜に窓明けしてこの窓明け部分に内
部素子と電気的に接続された下地電極3を形成し、この
下地電極3にバンプ電極4を形成したものである。下地
電極3は一般的にアルミニウムが用いられ、バンプ電極
4は、メッキ、蒸着などの手段により金を積層したり、
金線の先端を溶融させて金ボールを形成し、これをキャ
ピラリ先端で圧潰しこの圧潰部分の上部で金線を切断す
るボールボンディング法により形成される。5はこの半
導体ペレット1が接続される半導体装置用の配線基板
で、樹脂やセラミックスなどの絶縁材料からなる絶縁基
板6上に半導体ペレット1のバンプ電極4と対向する位
置にパッド電極7を形成したものである。パッド電極7
には導電パターン(図示せず)が接続され、必要部分の
み露呈させてレジスト膜(図示せず)が被覆され、導電
パターンは他の電子部品や外部接続端子などに接続され
て電子回路を構成する。導電パターンは一般的に絶縁基
板6に積層した銅箔をエッチングして形成され、パッド
電極7はこの銅箔に防食のためニッケルメッキし、さら
に電気的接続を確実にするため金メッキしている。8は
半導体ペレット1と配線基板5の対向面間に注入され両
者を接着する樹脂で、バンプ電極4とパッド電極7とを
重合させて加圧し、バンプ電極4を塑性変形させた状態
でこの状態を保って、樹脂8が注入され、樹脂8の硬化
時の収縮によりバンプ電極4とパッド電極7の加圧状態
を保っている。 この樹脂8は半導体ペレット1と配線
基板5とを対向させる前に配線基板5上に供給してもよ
いし、両者を対向させておいて、その対向面間に注入す
るようにしてもよい。この樹脂8の硬化を促進させるた
めに加圧状態を保って、半導体ペレット1または配線基
板5を200℃程度で数分間加熱する。この半導体装置
は、半導体ペレット1が剥き出しであるため、バンプ電
極4、パッド電極7の総合した絶縁基板6表面からの厚
みを100μm以下にでき、小型化が要求される用途に
好適である。この種半導体装置に類似したものとして、
例えば特開平5ー166881号公報(先行技術1)に
は、半導体ペレット上のバンプ電極が金線ボールボンデ
ィング法により形成され、パッド電極とバンプ電極とを
低融点半田によって接続し、樹脂による接着なしに半導
体ペレットと配線基板とを電気的、機械的に接続した半
導体装置が開示されている。また特開平7ー15379
6号公報(先行技術2)には、金線ボールボンディング
法により形成されたバンプ電極と、バンプ電極接続予定
部に開口端に向かって縮径させた接続孔を形成したパッ
ド電極とを有し、バンプ電極の一部をパッド電極の接続
孔に挿入してバンプ電極を変形させ接続孔内にバンプ電
極を固定した構造の半導体装置が開示されている。
部品は高機能化、高集積化を図りつつ小型化されてい
る。電子部品の一種である半導体装置は一般的には樹脂
で外装したものが用いられるが、外装なしのベアチップ
を用い、これを直接配線基板に組み込むことにより一層
の小型化を図っている。この一例を図4から説明する。
図において、1は半導体ペレットで、内部に多数の半導
体素子(図示せず)が形成されて内部接続され電子回路
を構成した半導体基板2の一主面に絶縁膜(図示せず)
を形成し、この絶縁膜に窓明けしてこの窓明け部分に内
部素子と電気的に接続された下地電極3を形成し、この
下地電極3にバンプ電極4を形成したものである。下地
電極3は一般的にアルミニウムが用いられ、バンプ電極
4は、メッキ、蒸着などの手段により金を積層したり、
金線の先端を溶融させて金ボールを形成し、これをキャ
ピラリ先端で圧潰しこの圧潰部分の上部で金線を切断す
るボールボンディング法により形成される。5はこの半
導体ペレット1が接続される半導体装置用の配線基板
で、樹脂やセラミックスなどの絶縁材料からなる絶縁基
板6上に半導体ペレット1のバンプ電極4と対向する位
置にパッド電極7を形成したものである。パッド電極7
には導電パターン(図示せず)が接続され、必要部分の
み露呈させてレジスト膜(図示せず)が被覆され、導電
パターンは他の電子部品や外部接続端子などに接続され
て電子回路を構成する。導電パターンは一般的に絶縁基
板6に積層した銅箔をエッチングして形成され、パッド
電極7はこの銅箔に防食のためニッケルメッキし、さら
に電気的接続を確実にするため金メッキしている。8は
半導体ペレット1と配線基板5の対向面間に注入され両
者を接着する樹脂で、バンプ電極4とパッド電極7とを
重合させて加圧し、バンプ電極4を塑性変形させた状態
でこの状態を保って、樹脂8が注入され、樹脂8の硬化
時の収縮によりバンプ電極4とパッド電極7の加圧状態
を保っている。 この樹脂8は半導体ペレット1と配線
基板5とを対向させる前に配線基板5上に供給してもよ
いし、両者を対向させておいて、その対向面間に注入す
るようにしてもよい。この樹脂8の硬化を促進させるた
めに加圧状態を保って、半導体ペレット1または配線基
板5を200℃程度で数分間加熱する。この半導体装置
は、半導体ペレット1が剥き出しであるため、バンプ電
極4、パッド電極7の総合した絶縁基板6表面からの厚
みを100μm以下にでき、小型化が要求される用途に
好適である。この種半導体装置に類似したものとして、
例えば特開平5ー166881号公報(先行技術1)に
は、半導体ペレット上のバンプ電極が金線ボールボンデ
ィング法により形成され、パッド電極とバンプ電極とを
低融点半田によって接続し、樹脂による接着なしに半導
体ペレットと配線基板とを電気的、機械的に接続した半
導体装置が開示されている。また特開平7ー15379
6号公報(先行技術2)には、金線ボールボンディング
法により形成されたバンプ電極と、バンプ電極接続予定
部に開口端に向かって縮径させた接続孔を形成したパッ
ド電極とを有し、バンプ電極の一部をパッド電極の接続
孔に挿入してバンプ電極を変形させ接続孔内にバンプ電
極を固定した構造の半導体装置が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで図4に示す半
導体装置や各先行技術に開示された半導体装置は動作時
に内部発生する熱や外部から受ける熱により半導体ペレ
ットや配線基板が熱膨張するが、それぞれの熱膨張率の
差が大きいと、接続部分であるバンプ電極とパッド電極
の重合部分に応力を生じる。先行技術1に開示された半
導体装置では、バンプ電極とパッド電極とが低融点半田
によって機械的にも強固に接続されているため、半導体
基板と絶縁基板の熱膨張率の差により応力が生じ電極接
続部分に集中すると低融点半田にクラックを生じ、電気
的接続を損なうことがある。また先行技術2に開示され
た半導体装置においても、バンプ電極の一部をパッド電
極に形成した逆テーパの接続孔に挿入しバンプ電極の形
状を変形させて接続孔内にバンプ電極を充填しているた
め半導体ペレットと絶縁基板の電気的、機械的接続が強
固であるため、半導体基板と絶縁基板の熱膨張率の差に
より生じた応力が半導体ペレットの電極接続部分に集中
しバンプ電極とパッド電極の接続は強固であっても、バ
ンプ電極が半導体基板から剥離することがあり電気的接
続不良を完全に防止することができなかった。このよう
な熱膨張、収縮は動作開始、動作停止時に毎回生じるた
め、頻繁に起動、停止を繰り返すような電子機器では信
頼性の面から重要な問題である。これに対して図4の半
導体装置では樹脂8が半導体ペレット1の全面を配線基
板5に接続しているため、熱膨張による応力が分散さ
れ、バンプ電極4の接続部分への集中が防止される。ま
たバンプ電極4とパッド電極7とは圧接により電気的接
続がされているため熱膨張による応力が生じても各電極
は圧接状態を保ち重合部分が各基板2、6と平行に位置
ずれして応力を緩和させるため電気的接続を損なうこと
はない。しかしながら、各基板2、6の熱膨張、収縮に
よる応力によって樹脂8が各基板2、6から剥離した
り、樹脂8自体にクラックを生じると、樹脂8によって
保たれている各電極4、7の圧接状態が破れて圧接力が
急激に低下し電気的接続が不安定になるという問題があ
った。
導体装置や各先行技術に開示された半導体装置は動作時
に内部発生する熱や外部から受ける熱により半導体ペレ
ットや配線基板が熱膨張するが、それぞれの熱膨張率の
差が大きいと、接続部分であるバンプ電極とパッド電極
の重合部分に応力を生じる。先行技術1に開示された半
導体装置では、バンプ電極とパッド電極とが低融点半田
によって機械的にも強固に接続されているため、半導体
基板と絶縁基板の熱膨張率の差により応力が生じ電極接
続部分に集中すると低融点半田にクラックを生じ、電気
的接続を損なうことがある。また先行技術2に開示され
た半導体装置においても、バンプ電極の一部をパッド電
極に形成した逆テーパの接続孔に挿入しバンプ電極の形
状を変形させて接続孔内にバンプ電極を充填しているた
め半導体ペレットと絶縁基板の電気的、機械的接続が強
固であるため、半導体基板と絶縁基板の熱膨張率の差に
より生じた応力が半導体ペレットの電極接続部分に集中
しバンプ電極とパッド電極の接続は強固であっても、バ
ンプ電極が半導体基板から剥離することがあり電気的接
続不良を完全に防止することができなかった。このよう
な熱膨張、収縮は動作開始、動作停止時に毎回生じるた
め、頻繁に起動、停止を繰り返すような電子機器では信
頼性の面から重要な問題である。これに対して図4の半
導体装置では樹脂8が半導体ペレット1の全面を配線基
板5に接続しているため、熱膨張による応力が分散さ
れ、バンプ電極4の接続部分への集中が防止される。ま
たバンプ電極4とパッド電極7とは圧接により電気的接
続がされているため熱膨張による応力が生じても各電極
は圧接状態を保ち重合部分が各基板2、6と平行に位置
ずれして応力を緩和させるため電気的接続を損なうこと
はない。しかしながら、各基板2、6の熱膨張、収縮に
よる応力によって樹脂8が各基板2、6から剥離した
り、樹脂8自体にクラックを生じると、樹脂8によって
保たれている各電極4、7の圧接状態が破れて圧接力が
急激に低下し電気的接続が不安定になるという問題があ
った。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
を目的として提案されたもので、一主面上に多数のバン
プ電極を形成した半導体ペレットと前記バンプ電極に対
応してパッド電極を形成した配線基板とを対向させ、バ
ンプ電極とパッド電極とを重合させて加圧し、半導体ペ
レットと配線基板の対向面間を樹脂にて接着したプリッ
プチップ構造の半導体装置において、上記バンプ電極と
パッド電極の重合部分に、バンプ電極より径小でかつ互
いに係合する凸部及び凹部をそれぞれ形成したことを特
徴とする半導体装置を提供する。また本発明は金属細線
の先端を溶融させて形成した金属ボールを半導体ペレッ
トに加圧接着しこの加圧接着部近傍で金属細線を切断し
て金属細線の切断残り部分による凸部を有するバンプ電
極を形成する工程と、半導体ペレット上に形成したバン
プ電極と対応する絶縁基板上の所定位置にパッド電極を
形成するとともにパッド電極領域内に前記凸部と係合す
る凹部を形成する工程と、半導体ペレットと配線基板の
対向面間に樹脂を供給する工程と、半導体ペレットと配
線基板とを対向させバンプ電極とパッド電極とをそれぞ
れに形成した凹凸部を係合させて重合加圧する工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法をも提供す
る。さらに本発明は絶縁基板上の、半導体ペレット上に
形成された多数のバンプ電極と対応する位置にパッド電
極を形成した配線基板であって、このパッド電極に前記
バンプ電極を重合させ、絶縁基板と半導体ペレットが樹
脂にて接着される配線基板において、前記パッド電極に
半導体ペレットのバンプ電極端面より突設させた凸部が
係合される凹部をレーザ光を照射して形成したことを特
徴とする配線基板を提供する。
を目的として提案されたもので、一主面上に多数のバン
プ電極を形成した半導体ペレットと前記バンプ電極に対
応してパッド電極を形成した配線基板とを対向させ、バ
ンプ電極とパッド電極とを重合させて加圧し、半導体ペ
レットと配線基板の対向面間を樹脂にて接着したプリッ
プチップ構造の半導体装置において、上記バンプ電極と
パッド電極の重合部分に、バンプ電極より径小でかつ互
いに係合する凸部及び凹部をそれぞれ形成したことを特
徴とする半導体装置を提供する。また本発明は金属細線
の先端を溶融させて形成した金属ボールを半導体ペレッ
トに加圧接着しこの加圧接着部近傍で金属細線を切断し
て金属細線の切断残り部分による凸部を有するバンプ電
極を形成する工程と、半導体ペレット上に形成したバン
プ電極と対応する絶縁基板上の所定位置にパッド電極を
形成するとともにパッド電極領域内に前記凸部と係合す
る凹部を形成する工程と、半導体ペレットと配線基板の
対向面間に樹脂を供給する工程と、半導体ペレットと配
線基板とを対向させバンプ電極とパッド電極とをそれぞ
れに形成した凹凸部を係合させて重合加圧する工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法をも提供す
る。さらに本発明は絶縁基板上の、半導体ペレット上に
形成された多数のバンプ電極と対応する位置にパッド電
極を形成した配線基板であって、このパッド電極に前記
バンプ電極を重合させ、絶縁基板と半導体ペレットが樹
脂にて接着される配線基板において、前記パッド電極に
半導体ペレットのバンプ電極端面より突設させた凸部が
係合される凹部をレーザ光を照射して形成したことを特
徴とする配線基板を提供する。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明による半導体装置は、端面
に凸部を形成したバンプ電極を一主面に多数形成した半
導体ペレットと、前記凸部と互いに係合する凹部を形成
しバンプ電極に対応して配置されたパッド電極を有する
配線基板とを、バンプ電極とパッド電極とをそれぞれの
凹凸部を係合させて重合加圧し、半導体ペレットと配線
基板の対向面間を樹脂にて接着した構造を特徴とする
が、このバンプ電極を、金線の先端に形成した溶融ボー
ルを圧着して形成することにより金線の切断残り部分で
凸部を容易に形成することができる。また、パッド電極
に形成する凹部の内周面にパッド電極材料より硬質の金
属で補強層を形成することにより、係合強度を向上でき
る。さらには凹凸部を係合させた状態で、パッド電極近
傍を変形させることにより係合強度を向上できる。本発
明による半導体装置は、金属細線の先端を溶融させて形
成した金属ボールを半導体ペレットに加圧接着しこの加
圧接着部近傍で金属細線を切断して金属細線の切断残り
部分による凸部を有するバンプ電極を形成する工程と、
半導体ペレット上に形成したバンプ電極と対応する絶縁
基板上の所定位置にパッド電極を形成するとともにパッ
ド電極領域内に前記凸部と係合する凹部を形成する工程
と、半導体ペレットと配線基板の対向面間に樹脂を供給
する工程と、半導体ペレットと配線基板とを対向させバ
ンプ電極とパッド電極とにそれぞれに形成した凹凸部を
係合させて重合加圧する工程とを含むことを特徴とする
製造方法により製造することができる。また本発明は、
上記半導体装置の製造に用いられる配線基板の構造も提
案する。即ち、絶縁基板上の、半導体ペレット上に形成
された多数のバンプ電極と対応する位置にパッド電極が
形成され、このパッド電極に半導体ペレットのバンプ電
極が重合加圧され、絶縁基板と半導体ペレットの対向面
間が樹脂にて接着される配線基板において、前記パッド
電極に、半導体ペレットのバンプ電極より突設された凸
部が係合される凹部をレーザ光を照射して形成する。こ
の基板は導電パターンを形成した後、パッド電極を含む
絶縁基板上を保護膜で被覆し、パッド電極領域内にレー
ザ光を照射して凹部を形成する。また凹部内周面を含む
パッド電極表面を硬質金属にて被覆することにより、凹
部の強度を向上でき、凹凸部の係合強度を向上できる。
に凸部を形成したバンプ電極を一主面に多数形成した半
導体ペレットと、前記凸部と互いに係合する凹部を形成
しバンプ電極に対応して配置されたパッド電極を有する
配線基板とを、バンプ電極とパッド電極とをそれぞれの
凹凸部を係合させて重合加圧し、半導体ペレットと配線
基板の対向面間を樹脂にて接着した構造を特徴とする
が、このバンプ電極を、金線の先端に形成した溶融ボー
ルを圧着して形成することにより金線の切断残り部分で
凸部を容易に形成することができる。また、パッド電極
に形成する凹部の内周面にパッド電極材料より硬質の金
属で補強層を形成することにより、係合強度を向上でき
る。さらには凹凸部を係合させた状態で、パッド電極近
傍を変形させることにより係合強度を向上できる。本発
明による半導体装置は、金属細線の先端を溶融させて形
成した金属ボールを半導体ペレットに加圧接着しこの加
圧接着部近傍で金属細線を切断して金属細線の切断残り
部分による凸部を有するバンプ電極を形成する工程と、
半導体ペレット上に形成したバンプ電極と対応する絶縁
基板上の所定位置にパッド電極を形成するとともにパッ
ド電極領域内に前記凸部と係合する凹部を形成する工程
と、半導体ペレットと配線基板の対向面間に樹脂を供給
する工程と、半導体ペレットと配線基板とを対向させバ
ンプ電極とパッド電極とにそれぞれに形成した凹凸部を
係合させて重合加圧する工程とを含むことを特徴とする
製造方法により製造することができる。また本発明は、
上記半導体装置の製造に用いられる配線基板の構造も提
案する。即ち、絶縁基板上の、半導体ペレット上に形成
された多数のバンプ電極と対応する位置にパッド電極が
形成され、このパッド電極に半導体ペレットのバンプ電
極が重合加圧され、絶縁基板と半導体ペレットの対向面
間が樹脂にて接着される配線基板において、前記パッド
電極に、半導体ペレットのバンプ電極より突設された凸
部が係合される凹部をレーザ光を照射して形成する。こ
の基板は導電パターンを形成した後、パッド電極を含む
絶縁基板上を保護膜で被覆し、パッド電極領域内にレー
ザ光を照射して凹部を形成する。また凹部内周面を含む
パッド電極表面を硬質金属にて被覆することにより、凹
部の強度を向上でき、凹凸部の係合強度を向上できる。
【0006】
【実施例】以下に本発明の実施例を図1乃至図3から説
明する。図において、9は半導体ペレットで、内部に多
数の半導体素子(図示せず)が形成されて内部接続され
電子回路を構成した半導体基板10の一主面に絶縁膜
(図示せず)を形成し、この絶縁膜に窓明けしてこの窓
明け部分にアルミニウムからなる下地電極11を形成し
内部素子と電気的に接続している。12は下地電極11
上に形成したバンプ電極で、金線の先端に形成した溶融
金ボールをキャピラリ先端で圧潰し、この圧潰部分の上
部で金線を切断することにより形成されたもので、径大
のボール圧潰部(バンプ電極本体)12aと金線の切断
残り部分によって形成される凸部12bとで構成され
る。直径25μmの金線を用いた場合、バンプ電極本体
12aは直径約80μm、高さ約25μmに形成され、
凸部12bは回転放物体状となり、基部直径25μm、
下地電極11からの全高は約70μmとなる。13はこ
の半導体ペレット9が接続される配線基板で、例えばエ
ポキシ樹脂の多層絶縁基板14上に導電パターン(図示
せず)を形成し、その一部を半導体ペレット9のバンプ
電極12と対向して位置させパッド電極15を形成して
いる。導電パターンは例えば厚さ18μmの銅箔をエッ
チング処理して形成したもので、レジスト膜が被覆さ
れ、パッド電極15など必要部分のみが露呈されてい
る。パッド電極15には図2に示すようにバンプ電極1
2の凸部12bと係合する凹部15aが形成され、この
凹部15aの内周面を含む表面には厚さ約3μmのニッ
ケルメッキ層16aと厚さ約0.05μmの金メッキ層
16bとが積層形成されている。凹部15aの内周面の
銅に比較して硬いニッケルメッキ層16aは凹部15a
の補強層17として作用する。この配線基板13は銅箔
を接着した絶縁基板14に第1のフォトレジスト膜を形
成して、所定パターンに露光し、フォトレジスト膜の窓
明け部分に露呈した銅箔面をエッチングして所定形状の
導電パターンを形成し、この第1のフォトレジスト膜を
除去して、第2のフォトレジスト膜を形成して、パッド
電極15の形成予定部を露光し窓明けして固化する。そ
してパッド電極形成予定部にレーザ光を照射して凹部1
5aを形成する。この凹部15aは直径約30μmで、
導電パターンのパッド電極形成予定部を貫通し深さが約
22μmに形成され、パッド電極形成予定部と同時にメ
ッキ処理されて直径約24μmに形成される。この配線
基板13上のパッド電極15で囲まれ半導体ペレット9
が対向配置される領域に樹脂18を供給して、半導体ペ
レット9と配線基板13とを対向させ、凸部12bを凹
部15aに挿入して加圧し、樹脂18を硬化させるため
に約200℃に加熱すると、凸部12bは回転放物体様
に形成されているため、凹部15aを貫通し、その先端
が加熱により軟化した絶縁基板14に食い込み中間部が
軸方向に圧縮されて膨出し、凸部12b外周面は凹部1
5a内周面に密接し係合する。このとき、凹部15aの
内周面はメッキによる補強層17が形成されており、凸
部12bの膨出に凹部15a内周面が追随しないため、
凸部12bと凹部15aは強固に密着する。そしてバン
プ電極12のボール圧潰部12aがパッド電極15と重
合し塑性変形した状態で密着する。この状態を保って、
樹脂18を硬化させると樹脂18の収縮によりバンプ電
極12とパッド電極15とは加圧された状態を保ち、図
1に示す半導体装置が得られる。この半導体装置は、上
記のように凹部15a内で凸部12bが係合し、この係
合によりボール圧潰部12aとパッド電極15の圧接に
よる電気的接続をさらに確実なものとしているが、樹脂
18の硬化を促進させるために、半導体ペレット9を加
熱すると、この熱は半導体基板10からバンプ電極12
に伝達され、各電極12、15の重合部と凹凸部12
b、15aの係合部に集中的に伝達される。このとき、
樹脂18の加熱温度を配線基板13の絶縁基板14のガ
ラス転移温度より高く、例えばガラス転移温度120〜
170℃のエポキシ樹脂に対し半導体ペレット9の加熱
温度を200℃に設定し、120秒間加圧すると、絶縁
基板14のパッド電極15部分が局部的に軟化し、凹部
15aを中心に数μm〜20μm沈み込み変形する。所
定時間、加熱、加圧すると加熱加圧を停止しても変形状
態がこの状態が残留するが、この変形により、図3に示
すように凹部15aの開口部が狭くなり、凸部12bの
基部に食い込み凹凸部12b,15aの係合状態を強固
にすることができる。これにより、パッド電極15とバ
ンプ電極本体12aの圧接による電気的接続が、樹脂1
8にクラックを生じることにより損なわれても、凹凸部
12b、15aの係合状態が保たれるため各電極12、
15の電気的接続を良好に保つことができる。従って、
本発明による半導体装置は、起動、停止が頻繁に繰り返
されるような電子機器、温度変化が大きく熱膨張、収縮
が著しい環境で使用される電子機器に適用でき、信頼性
の高い電子部品を提供することができる。尚、本発明は
上記実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、半
導体ペレット9は凸部12bを金属細線の引き切り切断
して形成したものだけでなく、引き切り切断した後、平
板治具でレベリング処理し凸部12bの高さを揃えたも
のでもよい。また、バンプ電極12はボールボンディン
グ法により形成するだけでなく、メッキや蒸着により形
成することもでき、この場合には凸部12bは線状だけ
でなく、平面形状、側面形状をともに任意の形状に形成
することができる。またこれに対応して、凹部15aも
レーザ光照射により形成するだけでなく、エッチング処
理により形成することができ、平面形状も円形だけでな
く、凸部12bの形状に対応して形成することができ
る。また、本発明は半導体ペレット9上の全てのバンプ
電極12に適用するだけでなく、熱膨張、収縮により大
きな応力がかかる部分にのみ適用することもできる。ま
た、樹脂18の加熱温度は、樹脂18の硬化時間に直接
関係するが、硬化時間の短いものや、紫外線硬化型樹脂
を用いることにより加熱時間を省くこともでき、200
℃以上の温度で加熱時間を短縮することもできる。
明する。図において、9は半導体ペレットで、内部に多
数の半導体素子(図示せず)が形成されて内部接続され
電子回路を構成した半導体基板10の一主面に絶縁膜
(図示せず)を形成し、この絶縁膜に窓明けしてこの窓
明け部分にアルミニウムからなる下地電極11を形成し
内部素子と電気的に接続している。12は下地電極11
上に形成したバンプ電極で、金線の先端に形成した溶融
金ボールをキャピラリ先端で圧潰し、この圧潰部分の上
部で金線を切断することにより形成されたもので、径大
のボール圧潰部(バンプ電極本体)12aと金線の切断
残り部分によって形成される凸部12bとで構成され
る。直径25μmの金線を用いた場合、バンプ電極本体
12aは直径約80μm、高さ約25μmに形成され、
凸部12bは回転放物体状となり、基部直径25μm、
下地電極11からの全高は約70μmとなる。13はこ
の半導体ペレット9が接続される配線基板で、例えばエ
ポキシ樹脂の多層絶縁基板14上に導電パターン(図示
せず)を形成し、その一部を半導体ペレット9のバンプ
電極12と対向して位置させパッド電極15を形成して
いる。導電パターンは例えば厚さ18μmの銅箔をエッ
チング処理して形成したもので、レジスト膜が被覆さ
れ、パッド電極15など必要部分のみが露呈されてい
る。パッド電極15には図2に示すようにバンプ電極1
2の凸部12bと係合する凹部15aが形成され、この
凹部15aの内周面を含む表面には厚さ約3μmのニッ
ケルメッキ層16aと厚さ約0.05μmの金メッキ層
16bとが積層形成されている。凹部15aの内周面の
銅に比較して硬いニッケルメッキ層16aは凹部15a
の補強層17として作用する。この配線基板13は銅箔
を接着した絶縁基板14に第1のフォトレジスト膜を形
成して、所定パターンに露光し、フォトレジスト膜の窓
明け部分に露呈した銅箔面をエッチングして所定形状の
導電パターンを形成し、この第1のフォトレジスト膜を
除去して、第2のフォトレジスト膜を形成して、パッド
電極15の形成予定部を露光し窓明けして固化する。そ
してパッド電極形成予定部にレーザ光を照射して凹部1
5aを形成する。この凹部15aは直径約30μmで、
導電パターンのパッド電極形成予定部を貫通し深さが約
22μmに形成され、パッド電極形成予定部と同時にメ
ッキ処理されて直径約24μmに形成される。この配線
基板13上のパッド電極15で囲まれ半導体ペレット9
が対向配置される領域に樹脂18を供給して、半導体ペ
レット9と配線基板13とを対向させ、凸部12bを凹
部15aに挿入して加圧し、樹脂18を硬化させるため
に約200℃に加熱すると、凸部12bは回転放物体様
に形成されているため、凹部15aを貫通し、その先端
が加熱により軟化した絶縁基板14に食い込み中間部が
軸方向に圧縮されて膨出し、凸部12b外周面は凹部1
5a内周面に密接し係合する。このとき、凹部15aの
内周面はメッキによる補強層17が形成されており、凸
部12bの膨出に凹部15a内周面が追随しないため、
凸部12bと凹部15aは強固に密着する。そしてバン
プ電極12のボール圧潰部12aがパッド電極15と重
合し塑性変形した状態で密着する。この状態を保って、
樹脂18を硬化させると樹脂18の収縮によりバンプ電
極12とパッド電極15とは加圧された状態を保ち、図
1に示す半導体装置が得られる。この半導体装置は、上
記のように凹部15a内で凸部12bが係合し、この係
合によりボール圧潰部12aとパッド電極15の圧接に
よる電気的接続をさらに確実なものとしているが、樹脂
18の硬化を促進させるために、半導体ペレット9を加
熱すると、この熱は半導体基板10からバンプ電極12
に伝達され、各電極12、15の重合部と凹凸部12
b、15aの係合部に集中的に伝達される。このとき、
樹脂18の加熱温度を配線基板13の絶縁基板14のガ
ラス転移温度より高く、例えばガラス転移温度120〜
170℃のエポキシ樹脂に対し半導体ペレット9の加熱
温度を200℃に設定し、120秒間加圧すると、絶縁
基板14のパッド電極15部分が局部的に軟化し、凹部
15aを中心に数μm〜20μm沈み込み変形する。所
定時間、加熱、加圧すると加熱加圧を停止しても変形状
態がこの状態が残留するが、この変形により、図3に示
すように凹部15aの開口部が狭くなり、凸部12bの
基部に食い込み凹凸部12b,15aの係合状態を強固
にすることができる。これにより、パッド電極15とバ
ンプ電極本体12aの圧接による電気的接続が、樹脂1
8にクラックを生じることにより損なわれても、凹凸部
12b、15aの係合状態が保たれるため各電極12、
15の電気的接続を良好に保つことができる。従って、
本発明による半導体装置は、起動、停止が頻繁に繰り返
されるような電子機器、温度変化が大きく熱膨張、収縮
が著しい環境で使用される電子機器に適用でき、信頼性
の高い電子部品を提供することができる。尚、本発明は
上記実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、半
導体ペレット9は凸部12bを金属細線の引き切り切断
して形成したものだけでなく、引き切り切断した後、平
板治具でレベリング処理し凸部12bの高さを揃えたも
のでもよい。また、バンプ電極12はボールボンディン
グ法により形成するだけでなく、メッキや蒸着により形
成することもでき、この場合には凸部12bは線状だけ
でなく、平面形状、側面形状をともに任意の形状に形成
することができる。またこれに対応して、凹部15aも
レーザ光照射により形成するだけでなく、エッチング処
理により形成することができ、平面形状も円形だけでな
く、凸部12bの形状に対応して形成することができ
る。また、本発明は半導体ペレット9上の全てのバンプ
電極12に適用するだけでなく、熱膨張、収縮により大
きな応力がかかる部分にのみ適用することもできる。ま
た、樹脂18の加熱温度は、樹脂18の硬化時間に直接
関係するが、硬化時間の短いものや、紫外線硬化型樹脂
を用いることにより加熱時間を省くこともでき、200
℃以上の温度で加熱時間を短縮することもできる。
【0007】
【発明の効果】以上のように本発明によればバンプ電極
とパッド電極とを圧接させて電気的接続させるとともに
各電極に形成した凹凸部を互いに係合させるようにした
から、半導体ペレットと配線基板13とを接着し各電極
間の圧接状態を保つ樹脂にクラックを生じて各電極間の
圧接状態が損なわれることになっても、電気的接続を保
つことができ、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
とパッド電極とを圧接させて電気的接続させるとともに
各電極に形成した凹凸部を互いに係合させるようにした
から、半導体ペレットと配線基板13とを接着し各電極
間の圧接状態を保つ樹脂にクラックを生じて各電極間の
圧接状態が損なわれることになっても、電気的接続を保
つことができ、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【図1】 本発明の実施例を示す要部側断面図
【図2】 配線基板の要部拡大側断面図
【図3】 図1半導体装置の要部拡大側断面図
【図4】 従来の半導体装置の一例を示す要部側断面図
9 半導体ペレット 12 バンプ電極 12a バンプ電極本体 12b 凸部 13 配線基板 14 絶縁基板 15 パッド電極 15a 凹部 18 樹脂
Claims (8)
- 【請求項1】一主面上に多数のバンプ電極を形成した半
導体ペレットと前記バンプ電極に対応してパッド電極を
形成した配線基板とを対向させ、バンプ電極とパッド電
極とを重合させて加圧し、半導体ペレットと配線基板の
対向面間を樹脂にて接着したプリップチップ構造の半導
体装置において、 上記バンプ電極とパッド電極の重合部分に、バンプ電極
より径小でかつ互いに係合する凸部及び凹部をそれぞれ
形成したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】バンプ電極が、金線の先端に形成した溶融
ボールを圧着して形成されたものであり、凸部が金線の
切断残り部分であることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。 - 【請求項3】パッド電極に、バンプ電極に形成された凸
部と係合する凹部を形成し、この凹部の内周面に補強層
を形成したことを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。 - 【請求項4】配線基板のパッド電極近傍を変形させ凹部
内周面を凸部外周面に密着させたことを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置。 - 【請求項5】金属細線の先端を溶融させて形成した金属
ボールを半導体ペレットに加圧接着しこの加圧接着部近
傍で金属細線を切断して金属細線の切断残り部分による
凸部を有するバンプ電極を形成する工程と、半導体ペレ
ット上に形成したバンプ電極と対応する絶縁基板上の所
定位置にパッド電極を形成するとともにパッド電極領域
内に前記凸部と係合する凹部を形成する工程と、半導体
ペレットと配線基板の対向面間に樹脂を供給する工程
と、半導体ペレットと配線基板とを対向させバンプ電極
とパッド電極とをそれぞれに形成した凹凸部を係合させ
て重合加圧する工程とを含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項6】絶縁基板上の、半導体ペレット上に形成さ
れた多数のバンプ電極と対応する位置にパッド電極を形
成した配線基板であって、このパッド電極に前記バンプ
電極を重合加圧させ、半導体ペレットが樹脂にて接着さ
れる配線基板において、 前記パッド電極に、半導体ペレットのバンプ電極より突
設された凸部が係合される凹部を、レーザ光を照射して
形成したことを特徴とする配線基板。 - 【請求項7】パッド電極を含む絶縁基板上を保護膜で被
覆し、この保護膜上よりパッド電極にレーザ光を照射し
て凹部を形成したことを特徴とする請求項6に記載の配
線基板。 - 【請求項8】凹部内周面を含むパッド電極表面を硬質金
属にて被覆したことを特徴とする請求項6に記載の配線
基板。
Priority Applications (5)
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CN98106629A CN1100349C (zh) | 1997-02-21 | 1998-02-21 | 半导体器件及其制造方法 |
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JP9037476A JPH10233413A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 半導体装置およびその製造方法並びに配線基板 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10233413A true JPH10233413A (ja) | 1998-09-02 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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